基于UltraScale+FPGA可编程逻辑DCI互连盒设计

FPGA开发圈 2018-04-08 08:43 次阅读

作者:Faisal Dada 和 Adam Taylor

随着实施基于云的服务和机器到机器通信所产生的数据呈指数级增长,数据中心面临重重挑战。 

这种增长毫无减缓态势,有业界专家预测内部数据中心机器对机器流量将会超出所有其他类型流量多个数量级。这种显著增长给数据中心带来三个主要挑战:

● 数据速度 – 接收与处理数据所需的时间增强了数据的接收和处理能力,实现高速传输。这使数据中心可支持近乎实时的性能。

● 数据种类 – 从图像与视频这样的结构化数据到传感器与日志数据这样的非结构化数据,可将不同格式的数据传输进来。

● 数据量 – 所有用户提供的数据量。

对于众多应用来说,应对这些挑战需要数据中心之间的直接通信。例如,提供索引、分析、数据同步、备份与恢复服务。为支持数据中心间的通信,需要使用非常大的数据管道,同时,用于在这些管道间传输数据的网络通常称为数据中心互连 (DCI)。

DCI 发挥着举足轻重的作用,有助于数据中心部署规模扩展,支持更多数数据中心以在给定地理区域内铺开服务。当然,随着数据中心数量的增加,它们之间的互连程度也会随之增强。

要想在数据中心内实现 DCI,既可使用专用接口盒,也可使用传统的传输装置。使用专用接口盒能在外部数据中心(线路侧)与数据中心内部网络(客户侧)之间提供接口。

由于数据中心内存有敏感信息,例如财务信息、健康信息以及其他业务的关键信息,因而数据安全性至关重要。安全漏洞会让数据中心所有者丧失信心与信任并造成收入损失。最糟糕的是,如果安全漏洞十分显著,还可能造成法律或监管后果,从而影响运营。

因此,无论是在数据中心内部还是在数据中心间的传输过程中,信息安全保障都是头等大事。这就要求 DCI 实现方案能在数据进出数据中心时支持对数据进行加密或解密。

当前的 DCI 实现方案采用以下技术之一:

● Bulk Layer 1 安全方案:利用类似于 AES256 的技术对整个内容进行加密和认证。这是目前为止最具成本效益的方式,能为大型点对点数据管道提供安全性。

● IEEE 802.1 AE 定义的 MACsec:可对数据包进行单独加密,也可在硬件中轻松处理。MACsec 可在 Layer 2 中提供安全性。

在 DCI 互连盒中,通常只使用两种安全技术中的一种。然而,随着数据中心数量的增加,找到可实现这两种安全方法的解决方案十分必要,让使用不同安全方法的数据中心间能够灵活地进行通信。这需要 DCI 平台具有灵活性且易于配置,可从支持一种安全解决方案到支持另一种安全解决方案。有了这种灵活性,使用不同厂商技术的数据中心之间就能进行通信。

尽管新型数据中心的数量快速增加,但现有数据中心在线路侧与客户侧均有部署,故也采用全新的标准。DCI 互连盒必须足够灵活才能应对多个升级周期,跨越多代网络接口。升级网络设备的相关成本是这种跨代升级的部分推动力,例如,100Gbps 传输卡的成本是与它相似的切换端口成本的 100 倍。因此,从成本角度来看,每三年更换这些设备并不划算。该功能有助于数据中心运营商将 DCI 互连盒脱离升级周期。 

DCI 互连盒架构 

   

出于对不同的安全技术与常规升级周期间歇的支持,DCI 互连盒架构需要能够适应部署功能要求,同时根据技术与标准变化实现简单演进。 

图 1 - DCI 互连盒情景图

要想实现对标准的适应性并为演进发展提供支持,就需要可支持多种数字相干光学 (DCO) 线路侧接口的架构。越来越多地将 DCO 格式部署为可插拔格式,并且能够支持不同厂商线路侧接口的特性实现了最大的灵活性。

客户侧接口则需要支持 10GE 至 400GE 的以太网速率,以及像 FlexE 的更新标准。而要将客户侧与线路侧进行连接,所需的解决方案不仅要提供接口功能,还要能实现应用所需的安全解决方案。

诸如赛灵思 UltraScale+ FPGA 的可编程逻辑可为 DCI 互连盒设计人员提供多种优势。可编程逻辑 IO 的高灵活性能实现任意到任意系统间的接口功能,允许客户侧和线路侧接口具备必要的 PHY 支持。 

可编程逻辑的并行特性还可实现算法的流水线化,以获得最优吞吐量。得益于可编程逻辑架构的并行特性,因为消除了传统的系统瓶颈,该解决方案还具备更好的确定性。

此外,可编程逻辑也可实现现场升级,在采用标准时,可支持全新协议修订版本的部署。可编程逻辑的这种可升级能力使 DCI 盒可以具备应用所需特性。该变更可通过 SDN 控制器来编排,因此,基于 FPGA 的 DCI 盒极具可塑性。在当今 SDN 控制的网络环境中,这样一种基于应用的 DCI 盒特性会形成极大优势。

就 FPGA 应用的开发而言,存在多种可用来加速功能性的由高级软件定义的环境。它们包括 SDAccel™、SDNet™ 与 SDSoC™ 设计环境,统称为 SDx。这些环境支持使用高层次综合对 FPGA 应用进行开发。当与重配置加速栈 (Reconfigurable Acceleration Stack) 相结合时,开发人员就可以使用业界标准框架与库集成数据中心。

图 2 – SDx 开发环境

总 结 

     

数据中心正在经历显著增长,并通过使用 DCI 这样的技术使之间的互连变得越来越紧密。DCI 互连盒可提供互连功能与数据事务处理的安全保护功能,同时还可在 DCI 与数据中心功能与标准演进发展的同时支持路径升级。 

FPGA,例如赛灵思 UltraScale+ 系列,可提供灵活的高性能解决方案,并可使用 SDx 工具链加速该解决方案的开发,提供高级设计环境。

原文标题:使用 Xilinx 可编程逻辑实现数据中心互连

文章出处:【微信号:FPGA-EETrend,微信公众号:FPGA开发圈】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

FPGA在大数据时代的机遇与挑战

8月8日,英特尔在美国总部召开了名为“以数据为中心(Data-Centric)”的创新峰会。在会上,....

的头像 罗欣 发表于 08-20 14:40 203次 阅读
FPGA在大数据时代的机遇与挑战

两位近十年的工程师谈FPGA,让你少走弯路

1。FPGA开发9年 我做FPGA开发9年多了,算是一个大龄工程师了。期间接触过一些项目管理和技术支持之类的工作,不知道为...

发表于 08-20 11:19 159次 阅读
两位近十年的工程师谈FPGA,让你少走弯路

FPGA资料:Zynq Book中文版电子书,Tutorial,实例源代码

Zynq Book 由来自斯特莱斯克莱德大学 (University of Stathclyde) 的英国学者所著,包含了 Zynq-7000 SoC 开发的方方面面...

发表于 08-20 11:15 78次 阅读
FPGA资料:Zynq Book中文版电子书,Tutorial,实例源代码

玩转FPGA,这些资料不要错过!

每一个最后看来很成功的新事物,从诞生到发展壮大都不可避免地经历过艰难的历程,并可能成为被研究的案例,FPGA也不例外。 ...

发表于 08-20 11:10 88次 阅读
玩转FPGA,这些资料不要错过!

赛灵思推出Spartan-7 FPGA系列密集型器件,能够快速集成和实现

赛灵思公司为成本敏感型应用推出灵活的 I/O 密集型器件——Spartan-7 FPGA系列。该新....

发表于 08-20 10:48 18次 阅读
赛灵思推出Spartan-7 FPGA系列密集型器件,能够快速集成和实现

赛灵思推出高级设计工具,能大幅简化无线电算法的设计生产力

赛灵思推出业界领先的高级设计工具System Generator for DSP 2015.3版,....

发表于 08-20 10:13 25次 阅读
赛灵思推出高级设计工具,能大幅简化无线电算法的设计生产力

层次式电路设计与平坦式电路设计的区别

层次式电路设计(Hierarchical Design):通常是在设计比较复杂的电路和系统时采用的一种自上而下的电路设计方法,即首先在一张...

发表于 08-20 09:54 81次 阅读
层次式电路设计与平坦式电路设计的区别

Altera、Xilinx、Actel这些芯片公司的FPGA系列产品都有哪些特点?

Altera、Xilinx、Actel Altera作为世界老牌可编程逻辑器件的厂家,是可编程逻辑器件的发明者,开发软件MAX+PLUSI...

发表于 08-20 09:52 38次 阅读
Altera、Xilinx、Actel这些芯片公司的FPGA系列产品都有哪些特点?

FPGA怎么学?学习FPGA需要了解什么?

第一步:学习了解FPGA结构,FPGA到底是什么东西,芯片里面有什么,不要开始就拿个开发板照着别人的东西去编程。很多开发...

发表于 08-20 09:48 46次 阅读
FPGA怎么学?学习FPGA需要了解什么?

AD7606/7608使用FPGA采集信号时数据不正常

          我之前使用AD7606/7608采集数据均正常。最近新制一个电路板,使用FPGA采集信号时...

发表于 08-20 07:44 18次 阅读
AD7606/7608使用FPGA采集信号时数据不正常

请问AD9142是否可以作为独立处理两个实数数据的DAC转换器使用?

FPGA产生两路独立的实数中频数字信号,想选择一块DAC实现这两路信号的D/A独立转化,之前看了AD9122和AD9142,哪一个...

发表于 08-20 07:09 19次 阅读
请问AD9142是否可以作为独立处理两个实数数据的DAC转换器使用?

请问ADAS3022的单端输入、差分输入可以通过FPGA来设置吗

ADAS3022的单端输入、差分输入可以通过FPGA来设置吗,可以自由切换吗?...

发表于 08-20 07:00 15次 阅读
请问ADAS3022的单端输入、差分输入可以通过FPGA来设置吗

利用ad9361本振來初始化之後再跑no OS driver是否可行?

您好 我想做一個利用ad9361本振來推動整個系統之設計 目前架構是打算先用FPGA純邏輯模擬SPI寫入 先驅動ad9361本振...

发表于 08-20 06:30 20次 阅读
利用ad9361本振來初始化之後再跑no OS driver是否可行?

美高森美综合设计软件工具最新版本Libero SoC Version 11.6,主要用于FPGA产品开发

美高森美公司(Microsemi) 宣布发布用于其最新现场可编程门阵列(FPGA)产品开发的综合设....

发表于 08-19 09:04 71次 阅读
美高森美综合设计软件工具最新版本Libero SoC Version 11.6,主要用于FPGA产品开发

SKT部署赛灵思FPGA 让其人工智能工作性能大大提高

自适应和智能计算的全球领先企业赛灵思公司(Xilinx, Inc.,(NASDAQ:XLNX)) 与....

的头像 电子发烧友网工程师 发表于 08-18 10:04 482次 阅读
SKT部署赛灵思FPGA 让其人工智能工作性能大大提高

以FPGA为核心控制的电子设计竞赛电路板设计和实现

大学生电子竞赛题目以模拟电子、数字电子、可编程逻辑器件及单片机技术为核心, 涉及电子仪器仪表、通信、....

发表于 08-18 10:03 91次 阅读
以FPGA为核心控制的电子设计竞赛电路板设计和实现

以FPGA为核心的纯数字真随机数发生器设计与实现

其中n是输入序列的个数,bi是每个序列的偏置。容易看出b≤bi(1≤i≤n),等式当且仅当在bi=0....

发表于 08-18 10:00 56次 阅读
以FPGA为核心的纯数字真随机数发生器设计与实现

以FPGA为控制核心的程控滤波器设计

方案1:数字电位器控制两级INA129级联。用FPGA控制数字电位器DS1267使其输出不同的阻值,....

发表于 08-18 09:56 58次 阅读
以FPGA为控制核心的程控滤波器设计

以FPGA机载为核心的实时视频图形处理系统设计

结合系统需求,确定系统的总体设计方案为:以Xilinx公司的Virtex-5 XC5VFX70T F....

发表于 08-18 09:53 71次 阅读
以FPGA机载为核心的实时视频图形处理系统设计

怎样利用FPGA设计一个跨时钟域的同步策略?

触发器是FPGA设计中最常用的基本器件。触发器工作过程中存在数据的建立(setup)和保持(hold....

发表于 08-18 09:50 43次 阅读
怎样利用FPGA设计一个跨时钟域的同步策略?

如何利用FPGA技术来解决DSP的设计难题?

如果采用MAC模式,DSP48则非常适用,因为DSP48 Slice内含输入寄存器、输出寄存器和加法....

发表于 08-18 09:47 203次 阅读
如何利用FPGA技术来解决DSP的设计难题?

SPI总线是什么?FPGA串行外围接口SPI设计应如何实现?

在数据串并转换的过程中, 必须用到寄存器来存放临时数据。一般情况下,发送数据需要1 个发送寄存器,接....

发表于 08-18 09:43 54次 阅读
SPI总线是什么?FPGA串行外围接口SPI设计应如何实现?

1394b数据传输有什么特点?如何利用FPGA设计一个1394b双向数据传输系统?

随着时代和技术的发展,对于数据总线带宽的要求越来越高,现有的总线标准越来越难以满足实际应用中对高总线....

发表于 08-18 09:40 54次 阅读
1394b数据传输有什么特点?如何利用FPGA设计一个1394b双向数据传输系统?

如何利用FPGA硬件实现固定倍率的图像缩放?

近年来,FPGA技术发展迅速,片内集成了PLL、硬件乘法器、存储器,具有了实现优秀算法的充足资源。许....

发表于 08-18 09:36 41次 阅读
如何利用FPGA硬件实现固定倍率的图像缩放?

如何用FPGA实现UART电路设计?

发送数据由接口模块控制,接口模块给出w rn 信号,发送器根据此信号将并行数据锁存,并通过发送保持寄....

发表于 08-18 09:33 72次 阅读
如何用FPGA实现UART电路设计?

赛灵思推出Vivado设计套件HLx版本,助力SoC和FPGA以及打造可复用的平台

赛灵思公司推出 Vivado 设计套件 HLx 版本,为All Programmable SoC ....

发表于 08-17 11:43 137次 阅读
赛灵思推出Vivado设计套件HLx版本,助力SoC和FPGA以及打造可复用的平台

关于使用FPGA三段式状态机的三点好处,你有什么看法?

用三段式描述状态机的好处,国内外各位大牛都已经说的很多了,大致可归为以下三点:

发表于 08-17 11:43 46次 阅读
关于使用FPGA三段式状态机的三点好处,你有什么看法?

一位fpga工程师的烦恼

你是否体会,你的职业路途遥远,前方很迷茫。

的头像 工程师人生 发表于 08-17 10:42 296次 阅读
一位fpga工程师的烦恼

FPGA学习系列:30. 数模转换的设计(DA)

设计背景: 数模转换器( Digital to Analog Converter)即DAC,是数字世....

的头像 FPGA学习交流 发表于 08-17 09:52 977次 阅读
FPGA学习系列:30. 数模转换的设计(DA)

简谈基于fpga设计9/7小波变换原理

大家好,又到了每日学习的时间了,今天我们来聊一聊基于fpga设计9/7小波变换原理。 9/7小波变换....

的头像 FPGA学习交流 发表于 08-17 09:52 490次 阅读
简谈基于fpga设计9/7小波变换原理

Altera与ZMDI签署协议,意在进一步提高Altera FPGA和SoC的功效

Altera公司今天宣布,与德国模拟和混合信号半导体公司ZMDI (Zentrum Mikroel....

发表于 08-16 11:26 75次 阅读
Altera与ZMDI签署协议,意在进一步提高Altera FPGA和SoC的功效

业界首款集成了HBM2 DRAM以及FPGA和SoC的异构SiP器件公开

Altera公司(Nasdaq: ALTR)今天公开业界第一款异构系统级封装(SiP,System....

发表于 08-16 11:15 77次 阅读
业界首款集成了HBM2 DRAM以及FPGA和SoC的异构SiP器件公开

国产FPGA厂商强势发力 紫光同创大幅增资加速28nm研发

作为紫光集团从“芯”到“云”战略中芯片板块的重点发展方向,深圳市紫光同创电子有限公司的发展得到了紫光....

的头像 章鹰 发表于 08-16 10:06 639次 阅读
国产FPGA厂商强势发力 紫光同创大幅增资加速28nm研发

汇总DC/DC转换器内部开发的误区

复杂的现代电路通常包含大量元器件,例如微控制器、IC、DSP 和 FPGA 等。每个元器件均具有特定....

的头像 电子设计 发表于 08-16 09:13 839次 阅读
汇总DC/DC转换器内部开发的误区

Lattice ECP3/ECP5器件中的SerDes/PCS简要介绍

Lattice ECP3,ECP5(ECP5-5G)的SerDes/PCS结构基本相同,区别主要在于....

的头像 电子技术应用ChinaAET 发表于 08-16 09:07 205次 阅读
Lattice ECP3/ECP5器件中的SerDes/PCS简要介绍

FPGA设计所需相关硬件技能

1 具备自己设计高速数字电路板(PCB)的能力并且掌握DSP的基础理论 现在的电子产品系统越来越复....

发表于 08-15 18:45 75次 阅读
FPGA设计所需相关硬件技能

2018安路科技FPGA技术研讨会圆满召开

高级FAE陈安芝详细介绍了安路主要的EAGLE系列和ELF2系列FPGA器件技术。其中ELF2是安路....

发表于 08-15 18:36 173次 阅读
2018安路科技FPGA技术研讨会圆满召开

国产FPGA发展迎来“天时”生态系统不完善,乃当前最大难题

FPGA因技术门槛极高,全球市场份额主要被美国四大巨头高度垄断。据不完全统计,在全球约50亿美元的F....

的头像 电子发烧友网 发表于 08-15 10:43 397次 阅读
国产FPGA发展迎来“天时”生态系统不完善,乃当前最大难题

基于带处理器和FPGA的SoC的新型SoM

本文将讨论使用 SoM 来开发嵌入式系统的优势,这些系统需要借由 FPGA 提供更高的处理能力。本文....

的头像 电子设计 发表于 08-15 09:21 656次 阅读
基于带处理器和FPGA的SoC的新型SoM

四强联手发布了基于FPGA的一系列vBRAS解决方案,加快了FPGA硬件加速的步伐

在近日举行的2018上海世界移动大会期间,中国电信、英特尔、联想与赛特斯联合发布了基于FPGA的一系....

发表于 08-14 16:20 179次 阅读
四强联手发布了基于FPGA的一系列vBRAS解决方案,加快了FPGA硬件加速的步伐

现代先进武器装备为何越来越青睐高端芯片?

至于FPGA,它包含大量门电路,使芯片更集成化,速度更快,可靠性更高.尤其是具有系统内可再编程(可再....

的头像 半导体观察IC 发表于 08-14 14:58 522次 阅读
现代先进武器装备为何越来越青睐高端芯片?

数字电路中最简单的混频知识

在FPGA设计中,不管是Altera还是Xilinx,它们的IP核几乎都是采用二进制补码带符号数,也....

的头像 FPGA技术联盟 发表于 08-14 14:35 260次 阅读
数字电路中最简单的混频知识

FPGA在音乐科技及医疗照护领域的应用

FPGA的应用领域包罗万象,我们今天来看看在音乐科技领域及医疗照护的智能巧思。

的头像 芯榜 发表于 08-14 10:39 321次 阅读
FPGA在音乐科技及医疗照护领域的应用

以FPGA和CPLD为基础的灵活可行的降低汽车电子物料成本解决方案

汽车制造商们坚持不懈地改进车内舒适性、安全性、便利性、工作效能和娱乐性,反过来,这些努力又推动了各....

发表于 08-14 10:01 163次 阅读
以FPGA和CPLD为基础的灵活可行的降低汽车电子物料成本解决方案

将FPGA作为下一代汽车电子设计的灵活及低成本解决方案还需要考虑这些问题

随着汽车在过去 25 年中从纯机械设备演变成高度集成的线控驾驶汽车电子系统,设计人员面临的挑战也不....

发表于 08-14 09:31 233次 阅读
将FPGA作为下一代汽车电子设计的灵活及低成本解决方案还需要考虑这些问题

鼎阳SDS1102X示波器拆解分析

用单片SoC芯片替代传统的CPU+FPGA的分立方案,也可以减少硬件布板面积,有利于将高性能处理系统....

的头像 硬件十万个为什么 发表于 08-13 17:32 638次 阅读
鼎阳SDS1102X示波器拆解分析

Xilinx利用FPGA迈出了AI领域的第一步,未来前景可期

未来几年,人工智能芯片的需求将急剧上升。联合市场研究公司(Allied Market Researc....

发表于 08-13 16:49 145次 阅读
Xilinx利用FPGA迈出了AI领域的第一步,未来前景可期

FPGA巨头赛灵思收购深鉴科技,计划未来布局中国ADAS及自动驾驶

上周,刚刚收购深鉴科技的FPGA巨头:赛灵思面向媒体记者在深举行了“汽车产业最新技术与产品说明会”。....

发表于 08-13 16:40 451次 阅读
FPGA巨头赛灵思收购深鉴科技,计划未来布局中国ADAS及自动驾驶

简谈FPGA/Verilog中inout端口使用方法

        大家好,又到了每日学习的时间了,今天我们来聊一聊FPGA/Verilog中inout....

的头像 FPGA学习交流 发表于 08-13 13:45 204次 阅读
简谈FPGA/Verilog中inout端口使用方法

以FPGA为核心的多轴控制器设计

专用控制器在完成整个控制的过程中,arm只负责指令解析、控制指令发送、实时数据上传等任务,fpga才....

发表于 08-12 09:47 305次 阅读
以FPGA为核心的多轴控制器设计

如何使用云科技在线设计PCB?详细经验教程

OrCAD® Capture Cloud工具作为桌面版本的一部分被引入市场,并拥有如下优势: 无需....

的头像 CadencePCB和封装设计 发表于 08-12 09:44 375次 阅读
如何使用云科技在线设计PCB?详细经验教程

以FPGA系统为核心的1553B总线接口设计

在总线接口模块中,曼彻斯特编解码是实现功能的核心部分,所以编码数据和解码数据是进行功能验证时观察的重....

发表于 08-12 09:44 81次 阅读
以FPGA系统为核心的1553B总线接口设计

如何设计一个基于FPGA的嵌入式监控系统?

为了实现自动图像报警和图像采集,本文设计了动体检测算法,这是因为绝大多数情况下我们只对监控区域中运动....

发表于 08-12 09:39 98次 阅读
如何设计一个基于FPGA的嵌入式监控系统?

以FPGA为核心的高阶快速数字滤波器设计

本文详细讲述了通过Matlab工具设计FIR线性相位滤波器的方法, 并针对声波信号设计了优于传统结构....

发表于 08-12 09:33 74次 阅读
以FPGA为核心的高阶快速数字滤波器设计

如何利用FPGA研究CPU工作原理实现其功能?

初始时的PC 为0000H, SP为03FFH。SP的更改可通过指令sph l来执行。针对实验箱, ....

发表于 08-12 09:29 80次 阅读
如何利用FPGA研究CPU工作原理实现其功能?

如何设计一个16位的嵌入式微控制器?

使用的FPGA器件是StratixⅡ型号为EP1S40F780C7。综合结果显示:A8096使用3 ....

发表于 08-12 09:11 104次 阅读
如何设计一个16位的嵌入式微控制器?